(57)【要約】【課題】小流量の純水に供給された気体を完全に溶解し、１ＭΩ・ｃｍ以下で安定した比抵抗値を持つ気体溶解水を製造する装置を提供する。【解決手段】純水を供給する純水流入管に気体を注入し、前記気体が一定濃度で溶解する気体溶解水を製造する気体溶解水製造装置１１は、Ｔ型管路１２と、前記Ｔ型管路の１つの受口からＴ型の結合部中心の位置まで挿入されて基部が封止された気体供給管１５と、前記Ｔ型管路の他の１つの受口から前記気体の供給される方向に垂直に純水を供給させる純水流入管１３と、前記Ｔ型管路の前記気体供給管１５と前記純水流入管１３のいずれも備えない１つの受口に接続された、第１の純水流出管１４ａと第１の純水流出管１４ａの下流に接続された第２の純水流出管１４ｃからなる純水流出管１４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水を供給する純水流入管に気体を注入し、前記気体が一定濃度で溶解する気体溶解水を製造する気体溶解水製造装置において、
Ｔ型管路と、
前記Ｔ型管路の１つの受口からＴ型の結合部中心の位置まで挿入されて基部が封止された気体供給管と、
前記Ｔ型管路の他の１つの受口から前記気体の供給される方向に垂直に純水を供給させる純水流入管と、
前記Ｔ型管路の前記気体供給管と前記純水流入管のいずれも備えない１つの受口に接続された、第１の純水流出管及び第１の純水流出管の下流に接続された第２の純水流出管からなる純水流出管と、
を備えたことを特徴とする気体溶解水製造装置。
【請求項２】
前記純水の供給流量が、０．１〜２Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解水製造装置。
【請求項３】
前記気体と前記純水が混合された後の流路の一部または全部での純水流が層流であることを特徴とする請求項１又は２記載の気体溶解水製造装置。
【請求項４】
第２の純水流出管の管径が、第１の純水流出管の管径より大きくされたことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載の気体溶解水製造装置。
【請求項５】
前記純水流出管又は第２の純水流出管におけるレイノルズ数が、２３００未満であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の気体溶解水製造装置。
【請求項６】
前記純水流入管でのレイノルズ数が、２３００以上又は第２の純水流出管もしくは前記純水流出管のレイノルズ数の２倍以上、であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の気体溶解水製造装置。
【請求項７】
前記純水流入管が、前記Ｔ型管路の結合部の中央まで挿入されて基部が封止されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の気体溶解水製造装置。
【請求項８】
Ｔ型管路と、
前記Ｔ型管路の１つの受口からＴ型の結合部中心の位置まで挿入されて基部が封止された気体供給管と、
前記Ｔ型管路の他の１つの受口から前記気体の供給される方向に垂直に純水を供給させる純水流入管と、
前記Ｔ型管路の前記気体供給管と前記純水流入管のいずれも備えない１つの受口に接続された、第１の純水流出管及び第１の純水流出管の下流に接続された第２の純水流出管からなる純水流出管とを備えた気体溶解水製造装置によって気体溶解水を製造する方法であって、
前記気体と前記純水が混合された後の流路の一部または全部での純水流を層流とすることを特徴とする気体溶解水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小流量の気体溶解水製造装置及び気体溶解水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程において、半導体ウエハの洗浄などには超純水が使用されている。例えば、基板の洗浄処理では、基板に対して純水等の洗浄水を噴射することにより基板の表面に付着したパーティクルなどが除去される。
【０００３】
ところで、純水を高圧で吐出させたり、研磨ブラシ等を高速で回転させると、純水の比抵抗が高いため、基板表面全体が帯電することが知られている。この基板表面の帯電量が大きくなると、洗浄後にパーティクルが再付着したり、ウエハに作りこまれた半導体素子を形成する酸化膜や金属薄膜が静電気放電により破壊するという問題がある。
【０００４】
このような半導体素子の破壊を防止する対策として、純水の電気比抵抗を低下させ、静電気の発生を抑えることが行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、処理水である超純水に二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを溶解させることで電気比抵抗を低下させ、基板表面の帯電を防止する方法が開示されている。
【０００６】
このように、超純水に二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを溶解させたいわゆる炭酸水中には炭酸水素イオンが解離溶解しているが、この炭酸水素イオンによって電気比抵抗を低くすることができるので、ウエハ上への静電気の帯電を低下させ、静電気放電による半導体素子の破壊を防止することができる。
【０００７】
また、洗浄後の乾燥工程を経た段階では、ウエハ表面では（炭酸水中に溶解していた）炭酸ガスはガスとして消失し、一切不純物残渣の痕跡を残さないという利点もある。
【０００８】
さらに、特許文献２には、このような気体溶解水の溶存気体濃度を安定させるために、微小気泡を生成させ、気泡の合体を抑制して水中に溶解させる装置が開示されている。このような装置は、流断面積の異なる液体導入部を円錐形状の結合部により結合した装置であり、気体の気泡が完全に溶解した気体溶解水を生成するようになっている。
【０００９】
また、たとえば、炭酸ガス溶解水の製造においては、炭酸を所定の濃度だけ溶解させて、炭酸ガス溶解水の比抵抗値を一定にする必要がある。
【００１０】
そのため特許文献３に記載されているように、製造した炭酸ガス溶解水の比抵抗値を測定し、測定値を用いて供給する炭酸ガス流量のフィードバック制御を行うことにより、気体溶解水の比抵抗値を一定にすることが行われている。
【００１１】
特許文献４に記載されているように、純水の一部のみに炭酸ガスを溶解させ濃度の高い炭酸ガス溶解水を製造し、この溶解水と純水をさらに混合することにより所定の比抵抗値を持つ炭酸ガス溶解水を得る方法もある。
【００１２】
さらに近年は、炭酸ガス以外の気体、例えば、水素、オゾン、酸素、窒素ガスを溶解させた溶解水も多く利用されており、窒素ガスを所定の濃度で溶解した超純水を製造する場合には、炭酸ガス溶解水の製造の場合と同様に、溶解させるガス量の制御が問題となる。特許文献５では、窒素ガスを気体溶解膜に通じ、さらに、ガスの供給量をフィードバック制御することによりガス溶解度の調整が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１５３３２２号公報
【特許文献２】特開２００３−２３０８２４号公報
【特許文献３】特公平０７−０６７５５４号公報
【特許文献４】特許３６９０５６９号
【特許文献５】特許４４７０１０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、二酸化炭素（炭酸）は、水に溶解して重炭酸イオンや炭酸イオンを生成する。したがって、水に対する溶解度は比較的大きく、溶解させること自体は容易である。しかし、炭酸の供給量を制御しても、純水の供給圧、供給流量の微小な変動に伴い、実質的な炭酸ガスの供給量が変動してしまうため、比抵抗を所定の値に一定にすることは困難である。従って、フィードバック制御や、純水と予め炭酸ガスを溶解させた高濃度の炭酸ガス溶解水との混合を行うなど、種々の工夫が必要になる。さらに装置を小型化し、小流量の溶解水の製造を行う場合には、この傾向は大きくなり、１ＭΩ・ｃｍ以下の比抵抗値を安定的に持つ二酸化炭素溶解水を得ることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、このような問題に対処して鋭意研究を重ねた結果、純水の流量が小さいと、注入された二酸化炭素の気泡が配管の内壁に付着しやすく、配管内壁に付着した気泡にさらに別の気泡が結合するなどして、壁面にとどまるが、やがて壁面から脱離し、溶解し、その影響で、炭酸ガス濃度が一時的に上昇し、比抵抗値の不安定要因となることを見出した。また、小型の装置では、配管が細くなるため、流量に対して配管中で水が接触する配管の内壁の占める面積が相対的に大きくなり、この現象が顕著になるとの知見も得られた。また、従来の場合においては、速やかに混合させて溶解させるために、純水流は乱流であることが重要であると考えられていたが、小流量の場合にはむしろ、層流であることが有効であるという知見をも得た。
【００１６】
さらに本発明者らは、研究を重ねた結果、溶解する気体の気泡径が小さいほど溶解が早くなるため、気体供給管の末端の出口に気体の流路を横切る方向に純水流を噴出させることにより該出口で気泡が発生すると同時にせん断力を気泡に加え、気泡が気体供給管の末端で合体して成長する前にせん断することで、気泡がより小さくなり、溶解が速やかに進むことを見出した。
【００１７】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、小流量の純水が流れる配管中に気体供給管より気体を圧入して溶解させる際に、気体の噴出する流路に純水流が垂直にあたるように供給させることで、気泡をできるだけ細かくし、その下流では、水流を層流にして配管内壁への気泡の付着を防ぐことにより、１ＭΩ・ｃｍ以下で安定した比抵抗値を持つ気体溶解水を製造可能にするとともに、小型化も可能にした気体溶解水製造装置を提供しようとするものである。
【００１８】
すなわち、本発明の気体溶解水製造装置の第１の実施形態は、純水を供給する純水流入管に気体を注入し、前記気体が一定濃度で溶解する気体溶解水を製造する気体溶解水製造装置において、Ｔ型管路と、前記Ｔ型管路の１つの受口からＴ型の結合部中心の位置まで挿入されて基部が封止された気体供給管と、前記Ｔ型管路の他の１つの受口から前記気体の供給される方向に垂直に純水を供給させる純水流入管と、前記Ｔ型管路の前記気体供給管と前記純水流入管のいずれも備えない１つの受口に接続された、第１の純水流出管及び第１の純水流出管の下流に接続された第２の純水流出管からなる純水流出管と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の気体溶解水製造装置の第２の実施形態は、前記純水流入管が、前記Ｔ型管路の結合部の中央まで挿入されて基部が封止されたことを特徴とする。
【００２０】
具体的には、前記純水の供給流量が、０．１〜２Ｌ／ｍｉｎであり、前記気体と前記純水が混合された後の流路の一部または全部での純水流が層流であることが好ましい。
【００２１】
さらに具体的には、第２の純水流出管の管径が、第１の純水流出管の管径より大きくされることが好ましい。
【００２２】
また、前記純水流出管又は第２の純水流出管におけるレイノルズ数が、２３００未満であることが好ましい。
【００２３】
また、前記純水流入管でのレイノルズ数が２３００以上、又は第２の純水流出管もしくは前記純水流出管のレイノルズ数の２倍以上、であることが好ましい。すなわち、前記気体供給管から供給された気体は、前記純水流入管から乱流で、又は、第２の純水流出管もしくは前記純水流出管のレイノルズ数の２倍以上の層流で、供給された純水と合流し、前記気体と前記純水が混合された後の流路での一部または全部の純水流が層流であり、かつ前記気体と前記純水が垂直方向で混合されるため、供給された気体はせん断されて、速やかに溶解させることができる。
【００２４】
また、より具体的には、第１の流出管部と第２の流出管部が、下流側に拡開するテーパー管を介して接続されることが好ましい。また、前記気体は二酸化炭素を用いることができる。
【００２５】
すなわち、本発明の気体溶解水製造装置は、レイノルズ数と、配管内流の関係を見出してなされたものであり、所定の流速および配管内径が選択され、レイノルズ数が上記のように決定されることにより、供給された気体が均一に溶解し、比抵抗の安定した気体溶解水を製造することが可能である。
【００２６】
本発明の気体溶解水製造方法は、Ｔ型管路と、前記Ｔ型管路の１つの受口からＴ型の結合部中心の位置まで挿入されて基部が封止された気体供給管と、前記Ｔ型管路の他の１つの受口から前記気体の供給される方向に垂直に純水を供給させる純水流入管と、前記Ｔ型管路の前記気体供給管と前記純水流入管のいずれも備えない１つの受口に接続された、第１の純水流出管及び第１の純水流出管の下流に接続された第２の純水流出管からなる純水流出管とを備えた気体溶解水製造装置によって気体溶解水を製造する方法であって、前記気体と前記純水が混合された後の流路の一部または全部での純水流を層流とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
小流量の純水中に供給された気体を完全に溶解し、１ＭΩ・ｃｍ以下で安定した比抵抗値を持つ気体溶解水を製造する装置及び方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態の気体溶解水製造装置を模式的に示す側断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の第２の実施形態の気体溶解水製造装置を模式的に示す側断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の第２の実施形態の気体溶解水製造装置におけるＴ型管部を模式的に示す側断面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態の気体溶解水製造装置を用いて製造した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を示すグラフである。
【図４】図４は本発明の第１の実施形態の気体溶解水製造装置を用いて製造した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の第２の実施形態の気体溶解水製造装置を用いて製造した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を示すグラフである。
【図６】図６は本発明の第１の実施形態の比較例である気体溶解水製造装置を用いて製造した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を示すグラフである。
【図７】図７は本発明の第１の実施形態の比較例である気体溶解水製造装置を用いて製造した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を示すグラフである。
【図８】図８は本発明の第２の実施形態の比較例である気体溶解水製造装置を用いて製造した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本明細書において、「純水」とは、比抵抗が１０ＭΩ・ｃｍ以上、ＴＯＣ（全有機炭素）が０．１ｍｇ／Ｌ以下の水であり、「超純水」とは、比抵抗値が１７ＭΩ・ｃｍ以上、ＴＯＣ（全有機炭素）が１０μｇ／Ｌ以下の水をいう。
【００３０】
図１は本発明の第１の実施形態の気体溶解水製造装置１１を模式的に示す側断面図であり、二酸化炭素溶解水（炭酸水）を製造するための装置である。本発明の第１の実施形態の気体溶解水製造装置１１は、Ｔ型継手１２を、直管部１２ａ側を垂直に配置し、枝管部１２ｂに純水流入管１３を接続し、直管部１２ａ側の上方に純水流出管１４を接続するとともに、直管部１２ａ側の下方から気体供給管１５を枝管部１２ｂの中心線上の位置まで挿入し、気体供給管１５とＴ型継手１２との間は、封止部材で液密に封止して構成されている。
【００３１】
純水流出管１４は、純水流入管１３と同寸法の第１の純水流出管１４ａと、第１の流出管部から下流側に拡開するテーパー管部１４ｂを介して接続された第２の純水流出管１４ｃとから構成されている。
【００３２】
なお、本実施形態の気体溶解水製造装置１１において、Ｔ型継手の上方に純水流出管１４を配置し、下方から気体供給管１５を挿入して構成しているが、純水流出管１４を下方に、気体供給管１５を上方に配置してもよく、気体供給管１５を枝管部１２ｂに設置し、純水流入管１３を上方もしくは下方のいずれに設置した場合も、本発明の効果を得ることができる。また、Ｔ型継手１２の直管部１２ａを垂直方向以外に設置することもできる。
【００３３】
気体供給管１５から二酸化炭素ガスが供給され、純水流入管１３から小流量の純水が供給され、Ｔ型継手１２の内部において直交方向で混合される。
【００３４】
混合された、気体の気泡を含む純水は、第１の純水流出管１４ａへ流出し、さらに混合される。Ｔ型継手１２内から、該管部１４ａ内までの流域で純水流は全体としてレイノルズ数２３００以上の乱流とすることが好ましいが、第２の純水流出管１４ｃのレイノルズ数の２倍以上の層流であれば、同様の効果が得られる。気体を溶解させた純水は、続いて第２の純水流出管１４ｃ内へ流出する。該管部１４ｃ内では純水流は全体としてレイノルズ数２３００未満の層流となることが好ましい。
【００３５】
供給する水としては、半導体製造工程などにおいて用いられる超純水や、純水などが挙げられる。この装置における純水の流量は、例えば０．２Ｌ／ｍｉｎであり、比抵抗は１０〜１８．２ＭΩ・ｃｍである。また、二酸化炭素の供給量は０．０８ｍＬ／ｍｉｎ（２０℃、１気圧において）である。
【００３６】
例えば、純水流入管１３の寸法は、外径φ６ｍｍ，内径φ４ｍｍであり、気体供給管１５の外形は約φ２ｍｍ、内径はφ０．１３ｍｍである。なお、気体供給管１５はＳＵＳチューブ等であり、内径は、φ０．５ｍｍ以下が好ましく、φ０．３ｍｍ以下がより好ましく、小径にするほど二酸化炭素溶解純水の比抵抗値は安定するようになる。
【００３７】
第１の純水流出管１４ａは、純水流を全体として乱流とするために、内部が平滑な円形断面の配管を用いることが好ましい。また、第１の純水流出管１４ａとして、ＳＵＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等で形成された配管を用いることができる。
【００３８】
第２の純水流出管１４ｃは、純水流が全体として層流となるように構成されることが好ましい。配管の接続部分では、純水流は乱流となる場合が多いが、テーパー管部１４ｂと第２の流水管１４ｃは、これらの影響を最小限にするように接続されることが好ましい。配管の寸法としては、第２の純水流出管１４ｃの内径は、内部での純水流が層流となる内径とすればよく、好ましくはφ２０ｍｍ以下、より好ましくはφ１５ｍｍ以下、さらに好ましくはφ１２ｍｍ以下である。例えば、純水流出管１４の第１の流出管部１４ａは純水流入管１３と同一寸法とされ、第２の流出管部１４ｃの内径はφ１０ｍｍとされている。
【００３９】
純水流出管１４の第１の純水流出管１４ａは純水流入管１３と同寸法であることがＴ型継手１２の構造上好ましいが、同一の寸法に限定されるものではない。第２の純水流出管１４ｃの寸法も適宜変更できるが、使用される純水流量に対して層流となるだけの内径をもつ配管を用いる必要がある。
【００４０】
すなわち、純水と気体が混合される領域では、純水流を乱流とし、気体を速やかに溶解させ、第２の流出管部１４ｃ内で純水流を層流とし、配管内壁面へ付着して気泡が結合することを防ぐことができる。
【００４１】
第１の純水流出管１４ａは直線状の配管が好ましく、第１の流出管部で純水流が乱流となり配管の内壁面への気泡の付着が起きることを防ぐため、短いほど好ましく、装置全体を小型化することも可能となる。
【００４２】
第２の純水流出管１４ｃの形状はらせん状であってもよい。
【００４３】
純水流入管１３における純水流のレイノルズ数Ｒｅ１は２３００以上又は、第２の純水流出管のレイノルズ数の２倍以上、とすることが好ましい。第２の純水流出管１４ｃ内における純水流のレイノルズ数Ｒｅ２は好ましくは２３００未満、より好ましくは、１５００以下である。
【００４４】
Ｒｅ１が２３００未満であると気体供給管１５の先端（出口）での純水による気泡のせん断が不十分となり、気泡が大きくなり溶解が不十分になるため溶解水の比抵抗値が安定しない。Ｒｅ２が２３００以上になると気泡が配管の内壁面に付着し、付着した気泡が剥離、溶解するため、溶解水の比抵抗値は安定しない。レイノルズ数を上記のように決定することにより、供給された気体を迅速かつ完全に溶解させて、安定した比抵抗値をもつ気体溶解水を製造することができる。
【００４５】
レイノルズ数Ｒｅとは、下記（１）に示されるように、液体の動粘度ν（ｍ２／ｓ）、速度（流速）Ｖ（ｍ／ｓ）および流体の流れる管の直径ｄ（ｍ）によって決定される無次元の定数である。
【００４６】
Ｒｅ＝Ｖｄ／ν    …（１）
【００４７】
一般的に配管断面が円形である場合には、層流で流れている流体のＲｅが２７００〜４０００の範囲で流体が層流から乱流に変化し、乱流で流れている流体のＲｅが２０００以下になると、乱流から層流に変化することが知られている。本明細書では、レイノルズ数２３００以上の純水流を乱流といい、レイノルズ数２３００未満の純水流を層流という。
【００４８】
図２Ａは本発明の第２の実施形態の気体溶解水製造装置２１を模式的に示す側断面図であり、二酸化炭素溶解水（炭酸水）を製造するための装置である。図２Ａに示される本発明の第２の実施形態の気体溶解水製造装置２１は、Ｔ型継手２２を、直管部２２ａ側を垂直に配置し、枝管部２２ｂに純水流入管２３を直管部の中央まで挿入し、純水流入管２３とＴ型継手２２との間は、封止部材で液密に封止されている。また、直管部２２ａ側の下方から気体供給管２５を枝管部２２ｂの中心線上の位置まで挿入し、気体供給管２５とＴ型継手２２との間は、封止部材で液密に封止するとともに、直管部２２ａ側の上方に純水流出管２４を接続して構成されている。
【００４９】
本実施形態において、Ｔ型継手２２の下方から気体供給管２５を、上方に純水流出管２４を挿入して構成しているが、気体供給管２５を上方に、純水流出管２４を下方に挿入して構成してもよく、気体供給管２５を枝管部２２ｂに設置し、純水流入管２３を上方もしくは下方のいずれに設置した場合にも、本発明の効果を得ることができる。また、Ｔ型継手の直管部２２ａを垂直方向以外に設置してもよい。
【００５０】
気体供給管２５から二酸化炭素ガスが供給され、純水供給管２３から小流量の純水が供給され、Ｔ型継手２２の内部において直交方向で混合される。
【００５１】
この装置における純水の流量、比抵抗、二酸化炭素の供給量は、第１の実施形態における装置と同様である。また、純水流入管２３の先端ノズル部の寸法は例えば外径φ４ｍｍ、内径φ２ｍｍであり、気体供給管２５の外径、内径および材質については、第１の実施形態の装置と同様である。この純水流入管２３内において水流は全体として乱流である、又は、純水流出管２４のレイノルズ数の２倍以上の層流であることが好ましい。なお、純水流入管２３の先端（噴出口）はノズル形状であることが好ましいが、直管状であってもよい。
【００５２】
純水流入管２３は、その延長線上に気体供給管２５の先端（出口）があるように設置することが好ましく、図２Ｂに示す、気体供給管２５の先端と、純水流入管２３の先端の距離Ｍ（ｍｍ）は、下記式（２）に示される関係であることが望ましい。なお、Ｒは純水流入管２３の内径（ｍｍ）である。
【００５３】
Ｍ≦９．０５／Ｒ + １．０２  …（２）
【００５４】
Ｍは小さいほど好ましく、具体的には、５ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以下がより好ましい。
【００５５】
気体供給管２５から供給された気体の気泡は、純水流入管２３の先端ノズル部より噴出した純水により、せん断されて微小気泡となるとともに、純水流が全体として乱流であることにより撹拌されるため、速やかに溶解させることができる。
【００５６】
純水流出管２４は、内径φ６ｍｍであり、該管２４内でその水流は全体として層流となっていることが好ましい。
【００５７】
Ｔ型継手２２の下流側には、流入口６ａ、流出口６ｂを備えた気体溶解チャンバー６が設置されてもよい。純水流出管２４を気体溶解チャンバー６の流入口６ａに接続して設置し、内部で気体をさらに溶解させるとともに、純水中の濃度分布をなくすことにより比抵抗値を安定させることができる。
【００５８】
気体溶解チャンバー６は、Ｔ型継手１２、２２の下流に設けることが可能であるが、純水流出管１４、２４又は第２の純水流出管１４ｃに、チャンバー６と同じ体積又は、滞留時間を持たせ同様に機能させることもできる。また、チャンバー６の下流又は純水流出管１４、２４の下流、すなわち、気泡が完全に溶解した後の配管の管径は、任意に選択できる。
【００５９】
気体溶解チャンバー６は、内部で気体を完全に溶解させるためのものであり、例えば、その内径をφ２０ｍｍとし、内部の容量が２０ｍＬとなるように構成されている。
【００６０】
純水流出管２４の寸法、気体溶解チャンバー６の内径および流量は装置全体の寸法などに従って、適宜変更することができるが、チャンバー６の体積は、チャンバー６での純水の滞留時間が、２〜６０秒、より好ましくは、５〜３０秒、となるように構成することが好ましい。
【００６１】
溶解させる気体としては、純水に溶解することができるものであれば限定されず、例えば、二酸化炭素、窒素、酸素、水素などが挙げられる。
【００６２】
溶解させる気体が窒素である場合には、溶解水は、半導体製造工程などの超音波洗浄水などとして用いることができる。
【００６３】
これらの中でも特に二酸化炭素が好ましく、二酸化炭素溶解水は、純水流出管１４、２４又は流出口６ｂから採取され、比抵抗値を比抵抗値測定装置７などにより測定し、半導体製造工程における基板の帯電防止を必要とする工程、洗浄する工程などに用いることができる。
【００６４】
また、本発明の気体溶解水製造方法によれば、半導体製造工程等において安定した比抵抗値を持つ気体溶解水を提供することができる。
【実施例】
【００６５】
本発明の実施例について説明する。
【００６６】
実施例１、２、比較例１〜３に使用した気体溶解水製造装置１１は、図１に示した第１の実施形態の装置を模擬したものであり、使用した純水、実験装置及び主な実験条件は以下のとおりである。
【００６７】
［純水］比抵抗値  １８ＭΩ・ｃｍ
［溶解させる気体］二酸化炭素ガス
［二酸化炭素ガスの供給圧］  ０．１５ＭＰａ
［水温］２０℃
［比抵抗測定装置］ＨＥ−４８０Ｒ（株式会社堀場アドバンスドテクノ社製）
【００６８】
（実施例１）
純水の流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、二酸化炭素ガスの流量を０．２ｍＬ／ｍｉｎ（２０℃、１気圧において）とした。
気体供給管１５の内径０．１３ｍｍ、外径２ｍｍとし、純水流入管１３は、内径４ｍｍ、長さ１５ｍｍとした。
第１の純水流出管１４ａの内径４ｍｍ、長さ１５ｍｍとし、第２の純水流出管１４ｃの内径φ１０ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。
第２の純水流出管１４ｃ内でのレイノルズ数Ｒｅ１２は１０５０であった。また、純水流入管１３内のレイノルズ数Ｒｅ１１は、２６００であった。
第２の純水流出管１４ｃより流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定し、図３に示した。
なお、純水流出管１４ｃの一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、微小気泡が配管の中央部を流れ、次第に消失する様子が確認された。
【００６９】
（実施例２）
純水の流量０．２Ｌ／ｍｉｎ、二酸化炭素ガスの流量を０．０８ｍＬ／ｍｉｎ（２０℃、１気圧において）とした。その他の条件は、実施例１と同様とした。
第２の純水流出管１４ｃ内でのレイノルズ数Ｒｅ２２は４２０であった。また、純水流入管１３内でのレイノルズ数Ｒｅ２１は、１０５０であった。
第２の純水流出管１４ｃより流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定し、図４に示した。
この時、純水流出管１４の一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、微小気泡が配管内の中心を流れ、次第に消失する様子が確認された。
【００７０】
（比較例１）
第１の純水流出管１４ａの内径φ１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ、第２の純水流出管１４ｃの内径φ１０ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。（第１の純水流出管１４ａと第２の純水流出管１４ｃ管の内径を同じとして、一体の形状とした。）また、純水流入管１３は内径φ１０ｍｍとした。他は、実施例１と同様とした。
なお、純水流入管１３内でのレイノルズ数Ｒｅ３１は１０５０であった。また、第２の純水流出管１４ｃ内でのレイノルズ数Ｒｅ３２は１０５０であった。
純水流出管１４ｃより流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定し、図６に示した。なお、純水流出管１４の一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、巨大気泡が配管内を全体的に流れ、かつ、その一部は配管の内壁面に接触し、かつ、壁面に付着している様子が確認された。
【００７１】
（比較例２）
第１の純水流出管１４ａの内径φ４ｍｍ、長さ１５ｍｍ、第２の純水流出管１４ｃの内径φ４ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。（第１の純水流出管１４ａと第２の純水流出管１４ｃ管の内径を同じとして、一体の形状とした。）
また、純水流入管１３は内径φ４ｍｍとした。他は、実施例１と同様とした。
純水流入管１３内でのレイノルズ数Ｒｅ４１は２６００であった。また、第２の純水流出管１４ｃ内でのレイノルズ数Ｒｅ４２は２６００であった。
第２の純水流出管１４ｃより流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定したところ、図６と同様の結果となった。
この時、純水流出管１４の一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、微小気泡が配管内を全体的に流れ、かつ、その一部は配管の内壁面部に接触し、かつ、壁面に付着している様子が確認された。
【００７２】
（比較例３）
気体供給管１５の内径をφ０．８ｍｍとした以外は、実施例２と同様とした。
第２の純水流出管１４ｃより流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定し、図７に示した。
この時、純水流出管１４の一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、巨大気泡が配管の中心を流れ、気泡が消失する様子は確認できなかった。
【００７３】
次に、第２の実施形態である気体溶解水製造装置２２を用いた実施例３及び比較例４を示す。使用した気体溶解水製造装置２は、図２に示した第２の実施形態の装置を模擬したものであり、使用した純水および実験装置は以下のとおりである。
【００７４】
［純水］比抵抗値  １８ＭΩ・ｃｍ
［純水の流量］０．２Ｌ／ｍｉｎ
［溶解させる気体］二酸化炭素ガス
［二酸化炭素ガスの流量］０．０８ｍＬ／ｍｉｎ（２０℃、１気圧において）
［二酸化炭素ガスの供給圧］  ０．１５ＭＰａ
［水温］２０℃
［比抵抗測定装置］  ＨＥ−４８０Ｒ（株式会社堀場アドバンスドテクノ社製)）
［気体溶解チャンバー］  容量２０ｍＬ、  ＰＶＣ製
（実施例３）
【００７５】
第２の実施形態の装置において、純水流入管２３を内径φ２．５ｍｍの直管、純水流出管２４の内径φ１０ｍｍ、気体供給管２５の内径をφ０．１３ｍｍとした。
純水流入管２３の先端と気体供給管２５の距離Ｍ１を３（ｍｍ）とした。
純水流出管２４でのレイノルズ数Ｒ５２は４２０であった。また、純水流入管２３内でのレイノルズ数Ｒ５１は１７００であった。
純水流出管２４の下流には気体溶解チャンバー６を設置した。
気体溶解チャンバー６の流出口６ｂから流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定し、図５に示した。
なお、純水流出管２４の一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、微小気泡が配管の中央部を流れ、次第に消失する様子が確認された。
【００７６】
（比較例４）
純水流入管２３の先端と気体供給管２５の距離Ｍ２を１０（ｍｍ）とした以外は、実施例２と同様とした。
気体溶解チャンバー６の流出口６ｂから流出した二酸化炭素溶解水の比抵抗値を測定し、図８に示した
なお、純水流出管２４の一部をガラス製のものにして、内部を観察したところ、巨大気泡が配管内を全体的に流れ、かつ、その一部は配管の内壁面に接触し、かつ、壁面に付着している様子が確認された。
【００７７】
実施例１、２、比較例１〜３の実験条件を表１に、実施例３、比較例４の実験条件を表２に示す。
【００７８】
【表１】
2013128869.tif 000003
【００７９】
【表２】
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【符号の説明】
【００８０】
Ｍ…気体供給管２５の先端と純水流入管２３の先端の距離（ｍｍ）、１１…気体溶解水製造装置、１２…Ｔ型継手、１２ａ…直管部、１２ｂ…枝管部、１３…純水流入管、１４…純水流出管、１４ａ…第１の純水流出管、１４ｂ…テーパー管、１４ｃ…第２の純水流出管、５…気体供給管、
２１…気体溶解水製造装置、２２…Ｔ型継手、２２ａ…直管部、２２ｂ…枝管部、２３…純水流入管、２４…純水流出管、２５…気体供給管、６…気体溶解チャンバー、６ａ…流入口、６ｂ…流出口、７…比抵抗測定装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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